Координатно-вимірювальна машина

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам, использующим координатный метод измерения, и может быть использовано для прецизионных измерений геометрических параметров деталей. Известны промышленные роботы в ангулярной цилиндрической системе координат, последнее координатное звено которых перемещается в вертикальном направлении поступательно [1]. В схва те руки таких роботов могут быть установлены различные измерительные устройства, в том числе и измерительные головки для координатных измерений, однако для прецизионных измерений деталей они не могут быть использованы из-за соизмеримости погрешностей позиционирования и допусков измеряемых деталей. Известна координатно-измерительная машина, работающая в ангулярной цилиндрической системе координат [2], которая принята в качестве прототипа изобретения. Машина содержит основание, корпус с опорами для вращения плеча с опорой предплечья и балансировочным грузом, пиноль с измерительной головкой, установленной на предплечье с возможностью перемещения в вертикальном направлении. Недостатком этой машины является то, что в процессе измерения под действием сил инерции, приложенных к центру масс пиноли, возникают угловые смещения подвижных элементов устройства, что приводит к погрешностям позиционирования измерительной головки, и соответственно к погрешностям измерения геометрических параметров деталей. Задачей изобретения является повышение точности машины за счет уменьшения угловы х смещений ее элементов. Для этого предлагаемая координатно-измерительная машина содержит в качестве одной из координат закрепленный на основании с возможностью программного перемещения в вертикальном направлении стол с измеряемыми деталями, дополнительный груз с измерительной головкой, закрепленной на максимальном радиусе предплечья, причем опоры плеча и предплечья и их балансировочные грузы расположены симметрично относительно общей плоскости вращения плеча и предплечья, а центр тяжести головки с дополнительным грузом находится также в этой плоскости. На фиг. 1 схематично изображена предлагаемая координатно-измерительная машина; на фиг. 2 модульное шарнирное устройство плеча и предплечья. На основании 1 закреплен корпус 2, в котором установлены две радиально-упорные аэростатические опоры 3 и 4, для вращения плеча 5. Плечо содержит две аэростатические радиально-упорные опоры 6, 7 для вращения предплечья 8. На максимальном радиусе предплечья закреплена измерительная головка 9. Плоскости вращения плеча 5 и предплечья 8 совпадают и расположены симметрично относительно опор 3, 4 и 6, 7. Балансировочный груз 10 предназначен для того, чтобы центр масс системы (измерительная головка 9 и балансировочный груз 10) находился в плоскости вращения плеча и предплечья. Балансировочные грузы 11,12 расположены симметрично относительно плоскости вращения плеча и предплечья и предназначены для приведения центра масс системы (измерительная головка 9, балансировочный груз 10, предплечье 8, балансировочные грузы 11,12) к центру опор О2, находящегося на оси вращения, посередине между опорами. Балансировочный груз 13 расположен симметрично относительно плоскости вращения плеча и предплечья и предназначен для приведения центра масс системы элементов, находящихся на плече 5 к центру опор O1, расположенного на оси вращения, посередине между, опорами. Корпус 14, прикрепленный к основанию 1, содержит аэростатические опоры 15, 16 для поступательного программного перемещения стола 17 в вертикальном направлении Z. На столе 17 закреплена измеряемая деталь 18. Модульные шарниры плеча и предплечья содержат корпус 19, в котором закреплены две радиальноупорные аэростатические опоры 20,21. Аэростатические опоры имеют штуцеры 22, 23 для подвода сжатого воздуха, цилиндрические полости 24,25 и дросселирующие отверстия - радиальные 26, 27 и осевые 28, 29. Ось 30 имеет цилиндрические 31,32 и торцевые 33, 34 поверхности, обращенные к аэростатическим опорам. К оси 30 закреплен ротор 35, на цилиндрической поверхности которого закреплена металлическая зеркальная растровая шкала 36. В корпусе 19 закреплена считывающая головка 37 с неподвижным растром, светодиодом и фототранзистором. Зубчатое колесо 38 для электропривода закреплено на оси 30. Ось 30 имеет плоскости 39,40 параллельные оси симметрии, которые предназначены для крепления к оси элементов конструкции. К корпусу 19 прикреплены торцевые крышки 41, 42. Выступающие из корпуса части оси 30 могут быть также использованы для крепления элементов конструкции. Координатно-измерительная машина работает следующим образом. При сборе координат точек поверхности измеряемой детали рука 5 вращается электроприводами относительно корпуса 3 на углы j1, а предплечье 8 соответственно относительно руки на углы j2 .· Стол 17 с измеряемой деталью 18 при этом перемещается поступательно с использованием электропривода в вертикальном направлении на величины Ζ. Координаты измеренных точек ( j1I , j 2I, ZI) поступают в ЭВМ, где вычисляются геометрические параметры измеряемой детали. При сборе координат точек детали возникают силы инерции, зависящие от угловых скоростей (j1, j2) и угловы х ускорений (j1, j2), приложенные к центрам масс подвижных элементов конструкции. Так как центры масс подвижных элементов предложенной конструкции совпадают с центром опор плеча O1 и центром опор предплечья O2, то величины моментов от сил инерции относительно точек Ο1 и О 2 будут равны нулю, а следовательно и составляющие угловы х перекосов плеча Dg1, Dg2 и соответственно предплечья Dg3, Dg4 будут стремиться к нулю. Реализовать это стало возможным лишь используя разделение систем координат. Вместо пиноли, размещенной на предплечье, центр масс которой меняет свое положение, координатное перемещение по оси Ζ в предложенной конструкции осуществляет не измерительная головка, а стол 17, с установленной деталью 18, перемещение которого осуществляет электропривод. Модульные шарниры, представленные на фиг. 2, работают следующим образом. Сжатый воздух в аэростатические опоры 20, 21 поступает через штуцеры 22. 23 в цилиндрические полости 24, 25, затем через дросселирующие отверстия 26-29 выходит в радиальные и осевые рабочие зазоры, образуя при этом соответствующие несущие способности и жесткости. Т.к. нижние осевые аэростатические опоры несут нагрузку (вес подвижных частей, прикрепленных к оси), то при одинаковых параметрах воздушного тракта верхних и нижних осевых аэростатических опор, зазор в нижней опоре был бы существенно меньше, чем в верхней, что может уменьшить надежность ее работы. Для увеличения рабочего зазора нижней опоры (при фиксированном суммарном зазоре в верхней и нижней опорах) необходимо увеличить ее несущую способность, что достигается увеличением безразмерного коэффициента режима, зависящего от диаметров дросселирующи х отверстий. Величина несущей способности нижней опоры при одинаковых зазорах должна быть больше несущей способности верхней опоры на величину веса элементов конструкции, приложенной к нижней опоре. Необходимые для этого диаметры дросселирующи х отверстий могут быть определены расчетным путем [3], Вращение оси 30 с ротором 35 растровой системы и закрепленными к ней элементами конструкции осуществляется через зубчатое колесо 38 с помощью электропривода. Угловые координаты поворота оси определяются считывающей головкой 37. Применение предлагаемой координатно-измерительной машины позволит повысить точность измерения геометрических параметров деталей.